第三章 混凝土结构的设计方法.ppt

1、混凝土结构,第 3章 混凝土结构的设计方法,主讲教师：盛明强 课件制作：盛明强,主要内容：,结构设计基本要求 荷载和材料强度的取值 概率极限状态设计法 混凝土结构耐久性规定,重点：,结构可靠度及结构设计方法 荷载和材料强度的取值 概率极限状态设计法,学习目标：,了解结构功能要求、极限状态及结构可靠度 掌握结构设计中基本术语 掌握承载能力和正常使用极限状态设计表达式,安全性 适用性 耐久性,3.1.1 结构的功能要求,3.1 结构设计的基本要求,设计基准期指为确定可变作用及与时间有关的材料性能等取值而选用的时间参数。统一标准规定设计基准期为50年。,3.1.2 结构功能的极限状态,结构的极限状态

2、(limit state),整个结构或结构的一部分超过某一特定状态就不能满足设计规定的某一功能要求，此特定状态称为该功能的极限状态。极限状态实质上是区分结构可靠与失效的界限。,极限状态分为两类：,承载能力极限状态,正常使用极限状态,安全性,适用性、耐久性,通常对结构构件先按承载能力极限状态进行承载能力计算，然后根据使用要求按正常使用极限状态进行变形、裂缝宽度或抗裂等验算。,3.2.1 结构的作用(action),3.2 结构的作用、作用效应和结构抗力,结构的作用是指施加在结构上的集中力或分布力，以及引起结构外加变形或约束变形的原因（地震、基础差异沉降、温度变化、混凝土收缩等）。,所谓作用是使结

3、构或构件产生内力、变形和裂缝的各种原因。按出现方式的不同，可分为直接作用（如永久荷载、可变荷载等）和间接作用（如温度变形、地基沉降）。,按随时间的变异可分为三类：,永久作用,可变作用,偶然作用,结构上的作用可按下列性质分类：,在设计基准期内其量值不随时间变化，或其变化与平均值相比可以忽略不计的作用。,如结构自重、土压力、预应力、地基沉降、焊接等。,在设计基准期内其量值随时间变化，且其变化与平均值相比不可忽略的作用。,在设计基准期内不一定出现，而一旦出现其量值很大且持续时间很短的作用。,如楼面活荷载、吊车荷载、风荷载、雪荷载、温度变化等。,如爆炸力、撞击力、罕遇的地震等。,（1） 荷载标准值(c

4、haracteristic value of a load),荷载标准值是建筑结构按极限状态设计时采用的荷载基本代表值。荷载标准值可由设计基准期最大荷载概率分布的某一分位值确定，若为正态分布，则如图中的 。,荷载标准值的概率含义,永久荷载标准值按结构设计 规定的尺寸和材料容重平均值确定。,在结构设计中，各类可变荷载标准值及各种材料容重可由荷载规范查取。,可变荷载标准值,楼面活荷载标准值,风荷载标准值,雪荷载标准值,可变荷载的频遇值：,可变荷载的准永久值：,在设计基准期内，其超越的总时间为规定的较小比率或超越频率为规定频率的荷载值。可由可变荷载的频遇值系数乘以可变荷载标准值求得。,在设计基准期内

5、，其超越的总时间约为设计基准期一半的荷载值。可由可变荷载的准永久值系数乘以可变荷载标准值求得。,可变荷载的一个样本,按荷载效应的标准组合、频遇组合、准永久组合或标准组合并考虑长期作用影响，采用下列极限状态设计表达式：,正常使用极限状态的荷载效应组合值。,结构构件达到正常使用要求所规定的变形、裂缝宽度、应力等的限值；,标准组合：,频遇组合：,准永久组合：,仅适用于荷载效应为线性的情况,正常使用极限状态,荷载分项系数 ：调整荷载标准值使结构可靠度趋于相同。,荷载分项系数是根据下述原则优选确定的。即在各项荷载标准值已给定的条件下，对各类结构构件在各种长期的荷载效应比值和荷载效应组合下，用不同的分项系

6、数值，按极限状态设计表达式设计各种构件并计算其所具有的可靠指标，然后从中选取一组分项系数，使按此设计所得的各种结构构件所具有的可靠指标与规定的设计可靠指标之间在总体上差异最小。,荷载设计值：荷载分项系数与荷载标准值的乘积。,荷载组合值系数 ：考虑各可变荷载最大值在同一时刻出现的概率很小，若设计中仍采用各荷载效应设计值叠加，则可能造成结构可靠度不一致，因而必须对可变荷载设计值再乘以调整系数，即荷载组合值系数。,荷载组合值 ：可变荷载设计值乘以荷载组合值系数。,承载能力极限状态,3.2.2 结构效应与结构抗力(action),上述各种作用作用在结构或结构构件上，由此在结构内产生的内力和变形（如轴力、剪力、弯矩以及挠度、转角和裂缝等）称为作用效应。 当作用为荷载是，称为荷载效应。 S=cQ S为荷载效应；c为荷载效应系数；Q为荷载。,1、作用效应 (effect of an action),2、结构抗力(resistance),结构抗力是指整个结构或结构构件承受作用效应（即内力和变形）的能力。,影响抗力的主要因素有（材料强度为主要因素）,材料性能的不确定性,几何参数的不确定性,计算模式的不确定性,强度、变形模量等,构件尺寸等,抗力计算所采用的基本假设和计算